高中物理课件 反冲运动 火箭

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(1)火箭在运动过程中，随着燃料的燃烧，火箭本身的 质量不断减小，故在应用动量守恒定律时，必须取在同一 相互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象。注意反 冲前、后各物体质量的变化。 (2)明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是否是
同一参考系，如果不是同一参考系要设法予以调整，一般
情况要转换成对地面的速度。 (3)列方程时要注意初、末状态动量的方向。反冲物体 速度的方向与原物体的运动方向是相反的。
③系统虽然所受外力之和不为零，系统的动量并不守 恒，但系统在某一方向上不受外力或外力在该方向上的分 力之和为零，则系统的动量在该方向上的分量保持不变， 可以用该方向上的动量守恒解决反冲运动问题。
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2．讨论反冲运动应注意的问题
(1)速度的反向性问题： 对于原来静止的整体，抛出部分具有速度时，剩余部 分的反冲是相对于抛出部分来说的，两者运动方向必然相 反。在列动量守恒方程时，可任意规定某一部分的运动方 向为正方向，则反方向的另一部分的速度应取负值。 (2)相对速度问题：
对象，取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究。
[名师点睛] (1)内力的存在尽管不会影响系统的动量守恒，但内力 做的功往往会改变系统的总动能。 (2)反冲运动是作用力和反作用力都做正功的典型例子。
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1．一火箭喷气发动机每次喷出m＝200 g的气体，气
体离开发动机喷出时的速度v＝1 000 m/s(相对地面)。设
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(2)依次类推，第 n 次气体喷出后，火箭速度为 vn，有 (M－nm)vn－mv＝[M－(n－1)m]vn－1 nmv 所以 vn＝ 。 M－nm 因为每秒喷气 20 次，所以 1 s 末火箭速度为 20×0.2×1 000 20mv v20＝ ＝ m/s≈13.5 m/s。 M－20m 300－20×0.2
解析：由动量守恒定律有(M－m)v＝mv0 ＝p，又 Ek ＝ p2 p2 m ，E0＝ ，可得 Ek＝ E。 2m 2M－m M－m 0
m 答案： E0 M－m
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1．反冲运动的特点及遵循的规律
(1)特点：
①在反冲运动中，由于存在内力作用，根据牛顿运动定 律可知，相互作用的物体获得加速度，速度同时发生变化， 所以物体的不同部分在内力作用下向相反的方向运动。 ②反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用动量
新知预 习· 巧设计
第 十 六 章 第 5 节
名师课 堂· 一点通
创新演 练· 大冲关
要点一 要点二
随堂检测 归纳小结 课下作业 综合提升
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1.理解反冲运动的概念；了解反冲运动 的典型事例。 2.理解反冲运动的原理是动量守恒定律。 3.了解火箭的工作原理；了解决定火箭 能力大小的因素。 4.会用动量守恒定律分析解决反冲运动 问题。
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法二：(1)整体选取研究对象，运用动量守恒定律求解。 设喷出三次气体后火箭的速度为 v3，以火箭和喷出的三 次气体为研究对象，据动量守恒定律得： (M－3m)v3－3mv＝0 3mv 所以 v3＝ ≈2 m/s， M－3m (2)以火箭和喷出的 20 次气体为研究对象 (M－20m)v20－20mv＝0 20mv 所以 v20＝ ≈13.5 m/s M－20m [答案] (1)2 m/s (2)13.5 m/s
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[读教材· 填要点]
1．反冲运动
(1)定义：一个静止的物体在 内力 的作用下分裂为两部
分，一部分向某一个方向运动，另一部分必然向 相反 方向 运动的现象。 (2)特点： ①物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动。 ②反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用 动量守恒定律 来处理。
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(3)反冲现象的应用和防止：
B．向前方抛出 D．向左方抛出
解析：欲提高跳远成绩，则应增大水平速度，即增
大水平方向的动量，所以可将铁球向后抛出，人和 铁球的总动量守恒，因为铁球的动量向后，所以人 向前的动量增加，故选项C正确。 答案：C
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3．运送人造卫星的火箭开始工作以后，火箭做加速运动的
原因是 ( )
A．燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭 B．火箭吸入空气，然后向后抛出，空气对火箭的反作用 力推动火箭
mL－d [答案] d
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(1)应用“人船模型”的方法解题，首先要明确系统
是否满足该模型的条件。 (2)关键是正确画出各物体的位移图，找出位移的几 何关系。
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1．“人船模型”问题的特征 两个原来静止的物体发生相互作用时，若所受外力 的矢量和为零，则动量守恒。在相互作用的过程中，任 一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比。这样的
问题归为“人船模型”问题。
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2．处理“人船模型”问题的关键 (1)利用动量守恒，确定两物体速度关系，再确定两物体通 过的位移的关系。用动量守恒定律求位移的题目，大都是系统 原来处于静止状态，然后系统内物体相互作用，此时动量守恒 表达式经常写成 m1v1－m2 v 2＝0 的形式，式中 v 1、v 2 是 m1、 m2 末状态时的瞬时速率。此种状态 和 v 2 都 与各物体的质量成反比，所以全过程的平均速度也与质量成反
守恒定律处理。但由于有其他形式的能转变为机械能，所以
系统的总动能增加。
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(2)动量守恒定律在反冲运动中适用的情况： ①系统不受外力或所受外力之和为零，满足动量守恒 的条件，可以用动量守恒定律解决反冲运动问题。 ②系统虽然受到外力作用，但内力远远大于外力，外
力可以忽略，也可以用动量守恒定律解决反冲运动问题。
该同学有水平向左的位移，船有水平向右的位移，当人走
到最左端时，找出两者各自发生的位移，利用“人船模型” 的规律进行求解。
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[解析]
如图所示，设该同学在时间 t 内从船尾走到船
头，由动量守恒定律知，人、船在该时间内的平均动量大小 相等，即 s人 d m t ＝M t ， 又 s 人＝L－d， mL－d 得 M＝ 。 d
解析： 由动量守恒定律得 Δmv0＋(M－Δm)v＝0。 火箭的速 Δmv0 度为 v＝－ 。 M－Δm
Δmv0 答案：－ M－Δm
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5．人坐在船上，船静止在水面上，船及船上物体总质量为 M， 水平向东抛出一个质量为 m 的物体后，人、船向西运动。已 知抛出的物体的动能为 E0，求抛出物体后人与船的总动能。
反，系统动量可认为守恒。 第一次气体喷出后，火箭速度为 v1。 (M－m)v1－mv＝0 mv 所以 v1＝ M－m
第二次气体喷出后，火箭速度为 v2， 有(M－2m)v2－mv＝(M－m)v1 2mv 所以 v2＝ 。 M－2m 第三次气体喷出后，火箭速度为 v3， 有(M－3m)v3－mv＝(M－2m)v2 3×0.2×1 000 3mv 所以 v3＝ ＝ m/s≈2 m/s。 M－3m 300－3×0.2
紧靠在一起，相当于增加了枪的质量，从而减小了枪的反冲 速度。
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2．火箭 (1)工作原理： 是利用 反冲 运动，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃 气从尾喷管迅速喷出时，使火箭获得巨大速度。
(2)构造：主要有两大部分：箭体和燃料。
(3)特点：箭体和喷出的燃料气体满足 动量守恒 定律。
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(4)影响火箭获得速度大小的因素： ①喷气速度：现代液体燃料火箭的喷气速度约为2
( B．直升机的运动
)
D．反击式水轮机的运动
解析：选项A、C、D中，三者都是自身的一部分向一方
向运动，而剩余部分向反方向运动，而直升机是靠外界
空气的反作用力作为动力，所以A、C、D对，B错。 答案：ACD
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2．手持铁球的跳远运动员起跳后，欲提高跳远成绩， 可在运动到最高点时，将手中的铁球 A．竖直向上抛出 C．向后方抛出 ( )
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比，即有 m1 v1 －m2 v2 ＝0。如果两物体相互作用时间为 t， x1 在这段时间内两物体的位移大小分别为 x1 和 x2， 则有 m1 t － x2 m2 t ＝0，即 m1x1－m2x2＝0。 (2)解题时要画出各物体的位移关系草图，找出它们各自 相对地面位移的关系。
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[名师点睛] (1)“人船模型”问题中，两物体的运动特点是：人走 船行、人停船停。 (2)问题中的“船长”通常应理解为“人”相对“船”的相 对位移，而在求解过程中应讨论的是“人”及“船”的对地
000～4 000 m/s。
②质量比：指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭 体 质量之比 。喷气速度 越大 ，质量比 越大 ，火箭获得的速 度越大。 [关键一点] 因火箭、喷气式飞机是靠喷出气体与自身
发生相互作用而运动的，不是靠与空气的作用，所以，它 们可以在真空中飞行。
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[试身手· 夯基础]
1．下列属于反冲运动的是 A．喷气式飞机的运动 C．火箭的运动
C．火箭发动机用力将燃料燃烧产生的气体向后喷出，气
体的反作用力推动火箭 D．火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火 箭
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解析：火箭中燃料燃烧产生的高温高压气体与火箭发生 相互作用，气体喷出，火箭受到相反方向推力而加速运 动，因此C项正确。 答案：C
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4．静止的实验火箭，总质量为 M，当它以对地速度 v0 喷出质 量为 Δm 的高温气体后，火箭的速度为________。
位移。
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2．有一条捕鱼小船停靠在湖边码头，小船又窄又长 (估计重一吨左右)。一位同学想用一个卷尺粗略测定它的
质量，他进行了如下操作：首先将船平行码头自由停泊，
然后他轻轻从船尾上船，走到船头后停下，而后轻轻下船， 用卷尺测出船后退的距离d，然后用卷尺测出船长L。已知 他自身的质量为m，则渔船的质量为多少？ [思路点拨] 人和船组成的系统满足动量守恒的条件，